Εγχειρίδιο οδηγιών Raspberry Pi SC1631 Raspberry Microcontroller

Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή
Η σειρά RP2350 προσφέρει διαφορετικές επιλογές πακέτων σε σύγκριση με τη σειρά RP2040. Τα RP2350A και RP2354A διατίθενται σε συσκευασία QFN-60 χωρίς και με εσωτερική αποθήκευση flash αντίστοιχα, ενώ τα RP2354B και RP2350B διατίθενται σε συσκευασία QFN-80 με και χωρίς αποθήκευση flash.

Κεφάλαιο 2: Ισχύς
Η σειρά RP2350 διαθέτει έναν νέο τόμο μεταγωγής on-chiptage ρυθμιστής με πέντε ακίδες. Αυτός ο ρυθμιστής απαιτεί εξωτερικά εξαρτήματα για λειτουργία, αλλά προσφέρει υψηλότερη απόδοση ισχύος σε υψηλότερα ρεύματα φορτίου σε σύγκριση με τον γραμμικό ρυθμιστή της σειράς RP2040. Δώστε προσοχή στην ευαισθησία θορύβου στην ακίδα VREG_AVDD που τροφοδοτεί το αναλογικό κύκλωμα.

Συχνές Ερωτήσεις (FAQ)

Ε: Ποια είναι η κύρια διαφορά μεταξύ RP2350A και RP2350B;
Α: Η κύρια διαφορά έγκειται στην παρουσία εσωτερικής αποθήκευσης flash. Το RP2350A δεν έχει εσωτερική αποθήκευση flash ενώ το RP2350B έχει.
Ε: Πόσες καρφίτσες έχει το voltagε ρυθμιστή στη σειρά RP2350 έχουν;
Α: Ο τόμtagΟ ρυθμιστής e της σειράς RP2350 έχει πέντε ακίδες.

Σχεδιασμός υλικού με RP2350 Χρήση μικροελεγκτών RP2350 για την κατασκευή πλακών και προϊόντων

Σήμα εκδότη βιβλίου

Αυτή η τεκμηρίωση χορηγείται με άδεια Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). ημερομηνία κατασκευής: 2024-08-08 έκδοση έκδοσης: c0acc5b-clean
Ανακοίνωση νομικής αποποίησης ευθύνης

ΤΕΧΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑΣ ΓΙΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ RASPBERRY PI (ΣΥΜΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΩΝ ΦΥΛΛΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ) ΩΣ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΕΣ ΚΑΤΑ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ("ΠΟΡΟΙ") ΠΑΡΕΧΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗ RASPBERRY PI LTD ("RPL") "AS IMPLIUTES, IS". ΔΕΝ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΕΝΟ ΠΡΟΣ, ΑΠΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΟΙ ΣΙΩΠΗΡΕΣ ΕΓΓΥΗΣΕΙΣ ΕΜΠΟΡΕΥΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΟ ΣΚΟΠΟ. ΣΤΟΝ ΜΕΓΙΣΤΟ ΒΑΘΜΟ ΠΟΥ ΕΠΙΤΡΕΠΕΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΙΣΧΥΟΥΣΑ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ ΣΕ ΚΑΜΙΑ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ Η RPL ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΥΠΕΥΘΥΝΗ ΓΙΑ ΟΠΟΙΑΔΗΠΟΤΕ ΑΜΕΣΗ, ΕΜΜΕΣΗ, ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ, ΕΙΔΙΚΗ, ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΙΚΗ Ή ΣΥΜΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΩΝ ΠΡΟΣΩΠΙΚΩΝ ΖΗΜΙΩΝ, Ή ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΑΠΩΛΕΙΑ ΧΡΗΣΗΣ, ΔΕΔΟΜΕΝΑ , Ή ΚΕΡΔΗ Ή ΔΙΑΚΟΠΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ) ΩΣΤΟΣΟ ΠΟΥ ΠΡΟΚΛΗΘΗΚΕ ΚΑΙ ΣΕ ΟΠΟΙΑΔΗΠΟΤΕ ΘΕΩΡΙΑ ΕΥΘΥΝΗΣ, ΕΙΤΕ ΣΕ ΣΥΜΒΑΣΗ, ΣΕ ΑΥΣΤΗΡΗ ΕΥΘΥΝΗ, Ή ΑΔΙΚΟ ΔΟΚΙΜΟ (ΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΗ ΑΜΕΛΕΙΑ Ή ΑΛΛΙΩΣ ΠΡΟΚΥΠΤΕΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΠΟΦΑΣΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΝΗΣ) ΣΥΜΒΟΥΛΗ ΤΗΣ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΤΕΤΟΙΑΣ ΖΗΜΙΑΣ.
Η RPL διατηρεί το δικαίωμα να κάνει οποιεσδήποτε βελτιώσεις, βελτιώσεις, διορθώσεις ή οποιεσδήποτε άλλες τροποποιήσεις στους ΠΟΡΟΥΣ ή σε οποιαδήποτε προϊόντα που περιγράφονται σε αυτούς ανά πάσα στιγμή και χωρίς περαιτέρω ειδοποίηση.
Οι ΠΟΡΟΙ προορίζονται για εξειδικευμένους χρήστες με κατάλληλα επίπεδα γνώσεων σχεδιασμού. Οι χρήστες είναι αποκλειστικά υπεύθυνοι για την επιλογή και τη χρήση των ΠΟΡΩΝ και κάθε εφαρμογή των προϊόντων που περιγράφονται σε αυτούς. Ο χρήστης συμφωνεί να αποζημιώσει και να διατηρήσει το RPL αβλαβές έναντι όλων των υποχρεώσεων, κόστους, ζημιών ή άλλων ζημιών που προκύπτουν από τη χρήση των ΠΟΡΩΝ.

Η RPL χορηγεί στους χρήστες την άδεια να χρησιμοποιούν τους ΠΟΡΟΥΣ αποκλειστικά σε συνδυασμό με τα προϊόντα Raspberry Pi. Κάθε άλλη χρήση των ΠΟΡΩΝ απαγορεύεται. Καμία άδεια δεν χορηγείται σε οποιαδήποτε άλλη RPL ή άλλο δικαίωμα πνευματικής ιδιοκτησίας τρίτων.
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΥΨΗΛΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥ. Τα προϊόντα Raspberry Pi δεν σχεδιάζονται, κατασκευάζονται ή προορίζονται για χρήση σε επικίνδυνα περιβάλλοντα που απαιτούν ασφαλείς επιδόσεις, όπως στη λειτουργία πυρηνικών εγκαταστάσεων, συστήματα πλοήγησης ή επικοινωνίας αεροσκαφών, έλεγχο εναέριας κυκλοφορίας, οπλικά συστήματα ή κρίσιμες για την ασφάλεια εφαρμογές (συμπεριλαμβανομένης της υποστήριξης ζωής συστήματα και άλλες ιατρικές συσκευές), στα οποία η αστοχία των προϊόντων θα μπορούσε να οδηγήσει άμεσα σε θάνατο, προσωπικό τραυματισμό ή σοβαρή σωματική ή περιβαλλοντική βλάβη («Δραστηριότητες Υψηλού Κινδύνου»). Η RPL αποκηρύσσει συγκεκριμένα οποιαδήποτε ρητή ή σιωπηρή εγγύηση καταλληλότητας για Δραστηριότητες Υψηλού Κινδύνου και δεν αποδέχεται καμία ευθύνη για χρήση ή συμπερίληψη προϊόντων Raspberry Pi σε Δραστηριότητες υψηλού κινδύνου.

Τα προϊόντα Raspberry Pi παρέχονται υπό τους Τυπικούς Όρους της RPL. Η παροχή των ΠΟΡΩΝ από την RPL δεν επεκτείνει ούτε τροποποιεί με άλλο τρόπο τους Τυπικούς Όρους της RPL συμπεριλαμβανομένων, ενδεικτικά, των δηλώσεων αποποίησης ευθύνης και των εγγυήσεων που εκφράζονται σε αυτούς.

Κεφάλαιο 1. Εισαγωγή

Εικόνα 1. Τρισδιάστατη απόδοση KiCad του RP3A Minimal design example

Όταν παρουσιάσαμε για πρώτη φορά το Raspberry Pi RP2040, κυκλοφόρησε επίσης ένα 'Minimal' design πρώηνample και τον συνοδευτικό οδηγό Σχεδίαση υλικού με RP2040 που ελπίζουμε να εξηγήσει πώς το RP2040 θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε μια απλή πλακέτα κυκλώματος και γιατί έγιναν οι διάφορες επιλογές εξαρτημάτων. Με την άφιξη της σειράς RP235x, ήρθε η ώρα να επανεξετάσουμε την αρχική σχεδίαση RP2040 Minimal και να την ενημερώσουμε ώστε να ληφθούν υπόψη τα νέα χαρακτηριστικά, καθώς και για κάθε μία από τις παραλλαγές του πακέτου. το RP2350A με το πακέτο QFN-60 και το RP2350B που είναι QFN-80. Και πάλι, αυτά τα σχέδια είναι σε μορφή Kicad (7.0) και είναι διαθέσιμα για λήψη (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Το Minimal Board
Η αρχική πλακέτα Minimal ήταν μια προσπάθεια παροχής ενός απλού σχεδιασμού αναφοράς, χρησιμοποιώντας τα ελάχιστα εξωτερικά εξαρτήματα που απαιτούνται για την εκτέλεση του RP2040 και να έχουν όλα τα IO εκτεθειμένα και προσβάσιμα. Αυτό αποτελούταν ουσιαστικά από μια πηγή ενέργειας (ένας γραμμικός ρυθμιστής 5V έως 3.3V), κρυσταλλικός ταλαντωτής, μνήμη flash και συνδέσεις IO (υποδοχή micro USB και κεφαλίδες GPIO). Οι νέες πλακέτες Minimal της σειράς RP235x είναι σε μεγάλο βαθμό οι ίδιες, αλλά με κάποιες αλλαγές απαραίτητες λόγω του νέου υλικού. Επιπρόσθετα, και παρόλο που αντίκειται κάπως στη μίνιμαλ φύση του σχεδιασμού, έχω προσθέσει μερικά κουμπιά για bootsel and run, μαζί με μια ξεχωριστή κεφαλίδα SWD, που θα πρέπει να σημαίνει μια εντελώς λιγότερο απογοητευτική εμπειρία εντοπισμού σφαλμάτων αυτή τη φορά. Τα σχέδια δεν χρειάζονται αυστηρά αυτά τα κουμπιά, τα σήματα εξακολουθούν να είναι διαθέσιμα στις κεφαλίδες και μπορούν να παραλειφθούν εάν έχετε ιδιαίτερη συνείδηση κόστους ή χώρου ή έχετε μαζοχιστικές τάσεις.

Σειρά RP2040 vs RP235x
Η πιο εμφανής αλλαγή είναι στα πακέτα. Ενώ το RP2040 είναι ένα QFN-7 7x56mm, η σειρά RP235x έχει επί του παρόντος τέσσερα διαφορετικά μέλη. Υπάρχουν δύο συσκευές που μοιράζονται το ίδιο πακέτο QFN-60. το RP2350A που δεν περιέχει εσωτερική αποθήκευση flash και το RP2354A που περιέχει. Ομοίως, το QFN-80 έρχεται επίσης σε δύο γεύσεις. το RP2354B με φλας και το RP2350B χωρίς. Οι συσκευές QFN-60 και το αρχικό RP2040 μοιράζονται ένα κοινό heritage.

Κάθε ένα έχει 30 GPIO, τέσσερα από τα οποία είναι επίσης συνδεδεμένα με το ADC, και έχουν μέγεθος 7x7mm. Παρά το γεγονός αυτό, το RP2350A δεν αποτελεί εναλλακτική λύση για το RP2040, καθώς ο αριθμός των ακίδων σε καθεμία είναι διαφορετικός. Αντίθετα, τα τσιπ QFN-80 έχουν τώρα 48 GPIO και οκτώ από αυτά είναι πλέον ικανά ADC. Εξαιτίας αυτού, έχουμε τώρα δύο ελάχιστες σανίδες. μία για τις συσκευές 60 ακίδων και μία για τις 80. Αυτές οι πλακέτες Minimal έχουν σχεδιαστεί κυρίως για εξαρτήματα χωρίς εσωτερικό φλας (RP2350), ωστόσο τα σχέδια μπορούν εύκολα να χρησιμοποιηθούν με τις εσωτερικές συσκευές φλας (RP2354) απλώς παραλείποντας το ενσωματωμένο φλας μνήμη ή ακόμα και να το χρησιμοποιήσετε ως δευτερεύουσα συσκευή flash (περισσότερα για αυτό αργότερα). Υπάρχει μικρή διαφορά μεταξύ των δύο πλακών, εκτός από το γεγονός ότι η έκδοση QFN-80 έχει μεγαλύτερες σειρές κεφαλίδων για να φιλοξενήσει το επιπλέον GPIO, και επομένως η πλακέτα είναι μεγαλύτερη.

Εκτός από τη συσκευασία, η μεγαλύτερη διαφορά σε επίπεδο πλακέτας μεταξύ της σειράς RP235x και της σειράς RP2040 είναι τα τροφοδοτικά. Η σειρά RP235x έχει μερικούς νέους ακροδέκτες ισχύος και διαφορετικό εσωτερικό ρυθμιστή. Ο γραμμικός ρυθμιστής 100mA του RP2040 έχει αντικατασταθεί με έναν ρυθμιστή μεταγωγής 200mA, και ως εκ τούτου, απαιτεί πολύ συγκεκριμένο κύκλωμα και καθόλου προσοχή στη διάταξη. Συνιστάται ιδιαίτερα να παρακολουθείτε προσεκτικά τις επιλογές διάταξης και εξαρτημάτων. έχουμε ήδη περάσει από τον πόνο να χρειαστεί να κάνουμε πολλές επαναλήψεις του σχεδίου, οπότε ελπίζουμε να μην χρειαστεί.

Εικόνα 2. Τρισδιάστατη απόδοση KiCad του RP3B Minimal design example

Το Σχέδιο
Η πρόθεση του Minimal design π.χamples είναι να δημιουργήσετε ένα ζευγάρι απλών πλακών χρησιμοποιώντας τη σειρά RP235x, οι οποίες θα πρέπει να κατασκευάζονται φθηνά και εύκολα, χωρίς τη χρήση άσκοπων εξωτικών τεχνολογιών PCB. Οι ελάχιστες σανίδες είναι επομένως σχέδια 2 στρώσεων, που χρησιμοποιούν εξαρτήματα που θα πρέπει να είναι κοινά διαθέσιμα και όλα τοποθετημένα στην επάνω πλευρά της σανίδας. Αν και θα ήταν ωραίο να χρησιμοποιείτε μεγάλα, εύκολα συγκολλημένα εξαρτήματα με το χέρι, το μικρό βήμα των τσιπ QFN (0.4 mm) σημαίνει ότι η χρήση ορισμένων παθητικών στοιχείων 0402 (1005 μετρικά) είναι αναπόφευκτη εάν πρόκειται να χρησιμοποιηθούν όλα τα GPIO. Αν και η χειροκόλληση εξαρτημάτων 0402 δεν είναι πολύ δύσκολη με ένα αξιοπρεπές συγκολλητικό σίδερο, είναι σχεδόν αδύνατο να συγκολληθούν τα QFN χωρίς ειδικό εξοπλισμό.

Στις επόμενες ενότητες, θα προσπαθήσω να εξηγήσω σε τι χρησιμεύει το πρόσθετο κύκλωμα και ελπίζω πώς καταλήξαμε να κάνουμε τις επιλογές που κάναμε. Καθώς στην πραγματικότητα πρόκειται να μιλήσω για δύο ξεχωριστά σχέδια, ένα για κάθε μέγεθος συσκευασίας, προσπάθησα να κρατήσω τα πράγματα όσο πιο απλά μπορώ. Στο μέτρο του δυνατού, όλες οι αναφορές εξαρτημάτων για τις δύο πλακέτες είναι πανομοιότυπες, οπότε αν αναφέρομαι σε U1, R1, κ.λπ., τότε είναι εξίσου σχετικές και με τις δύο πλακέτες. Η προφανής εξαίρεση είναι όταν το εξάρτημα βρίσκεται μόνο σε μία από τις πλακέτες (σε όλες τις περιπτώσεις, αυτό θα είναι στη μεγαλύτερη παραλλαγή των 80 ακίδων), τότε το εν λόγω εξάρτημα θα βρίσκεται μόνο στη σχεδίαση QFN-80. για π.χample, το R13 εμφανίζεται μόνο σε αυτόν τον πίνακα.

Κεφάλαιο 2. Ισχύς

Τα τροφοδοτικά της σειράς RP235x και του RP2040 διαφέρουν κάπως αυτή τη φορά, αν και στην απλούστερη διαμόρφωσή του, εξακολουθεί να απαιτεί δύο τροφοδοτικά, 3.3V και 1.1V. Η σειρά RP235x είναι ταυτόχρονα πιο απαιτητική για ενέργεια, καθώς είναι υψηλότερης απόδοσης και επίσης πιο λιτή (όταν βρίσκεται σε κατάσταση χαμηλής ισχύος) από την προκάτοχό της, και έτσι ο γραμμικός ρυθμιστής στο RP2040 έχει αναβαθμιστεί με ρυθμιστή μεταγωγής. Αυτό μας επιτρέπει μεγαλύτερη απόδοση ισχύος σε υψηλότερα ρεύματα (έως 200mA σε σύγκριση με τα 100mA προηγουμένως).

New on-chip voltage ρυθμιστής

Εικόνα 3. Σχηματική ενότητα που δείχνει το εσωτερικό κύκλωμα του ρυθμιστή

Ο γραμμικός ρυθμιστής του RP2040 είχε δύο ακίδες, μια είσοδο 3.3 V και μια έξοδο 1.1 V για την παροχή του DVDD στο τσιπ. Αυτή τη φορά, ο ρυθμιστής της σειράς RP235x έχει πέντε ακίδες και απαιτεί κάποιο εξωτερικό εξάρτημα για να λειτουργήσει. Αν και αυτό φαίνεται λίγο πίσω από την άποψη της χρηστικότητας, ο ρυθμιστής μεταγωγής έχει το πλεονέκτημαtagείναι πιο αποδοτική σε ρεύματα υψηλότερου φορτίου.

Όπως υποδηλώνει το όνομα, ο ρυθμιστής ενεργοποιεί και απενεργοποιεί γρήγορα ένα εσωτερικό τρανζίστορ που συνδέει την τάση εισόδου 3.3 Vtage (VREG_VIN) στον ακροδέκτη VREG_LX και με τη βοήθεια ενός επαγωγέα (L1) και ενός πυκνωτή εξόδου (C7), μπορεί να παράγει έναν όγκο εξόδου DCtage που έχει υποχωρήσει από την είσοδο. Η ακίδα VREG_FB παρακολουθεί τον όγκο εξόδουtage, και προσαρμόζει την αναλογία ενεργοποίησης/απενεργοποίησης του κύκλου ενεργοποίησης, για να διασφαλίσει ότι η απαιτούμενη έντασηtage διατηρείται. Καθώς τα μεγάλα ρεύματα αλλάζουν από VREG_VIN σε VREG_LX, απαιτείται ένας μεγάλος πυκνωτής (C6) κοντά στην είσοδο, ώστε να μην διαταραχθεί πολύ η παροχή 3.3 V. Μιλώντας για αυτά τα μεγάλα ρεύματα μεταγωγής, ο ρυθμιστής διαθέτει επίσης τη δική του σύνδεση επιστροφής γείωσης, VREG_PGND. Ομοίως με το VREG_VIN και το VREG_LX, η διάταξη αυτής της σύνδεσης είναι κρίσιμη και ενώ το VREG_PGND πρέπει να συνδεθεί στο κύριο GND, πρέπει να γίνει με τέτοιο τρόπο ώστε όλα τα μεγάλα ρεύματα μεταγωγής να επιστρέφουν απευθείας στον ακροδέκτη PGND, χωρίς να διαταραχθεί το υπόλοιπο το GND πάρα πολύ.

Η τελευταία ακίδα είναι η VREG_AVDD, η οποία τροφοδοτεί το αναλογικό κύκλωμα εντός του ρυθμιστή, και αυτό είναι πολύ ευαίσθητο στο θόρυβο.

Εικόνα 4. Σχηματική ενότητα που δείχνει τη διάταξη PCB του ρυθμιστή

Η διάταξη του ρυθμιστή στις ελάχιστες πλακέτες αντικατοπτρίζει στενά αυτή του Raspberry Pi Pico 2. Έχει γίνει πολλή δουλειά στη σχεδίαση αυτού του κυκλώματος, με πολλές επαναλήψεις του PCB που απαιτούνται για να το κάνουμε όσο καλύτερο μπορούμε κουτί. Ενώ θα μπορούσατε να τοποθετήσετε αυτά τα εξαρτήματα με διάφορους διαφορετικούς τρόπους και παρόλα αυτά να κάνετε τον ρυθμιστή να «δουλέψει» (δηλαδή, να παράγει έναν όγκο εξόδουtagχονδρικά στο σωστό επίπεδο, αρκετά καλό για να εκτελείται κώδικας), ανακαλύψαμε ότι ο ρυθμιστής μας πρέπει να αντιμετωπίζεται με τον σωστό τρόπο για να είναι χαρούμενος, και με τον όρο χαρούμενο, εννοώ την παραγωγή της σωστής έντασης εξόδουtage κάτω από μια σειρά συνθηκών ρεύματος φορτίου.
Ενώ εκτελούσαμε τα πειράματά μας σε αυτό, ήμασταν κάπως απογοητευμένοι που μας υπενθύμισαν ότι ο άβολος κόσμος της φυσικής δεν μπορεί πάντα να αγνοηθεί. Εμείς, ως μηχανικοί, προσπαθούμε σε μεγάλο βαθμό να κάνουμε ακριβώς αυτό. απλοποιώντας τα στοιχεία, αγνοώντας (συχνά) ασήμαντες φυσικές ιδιότητες και αντ' αυτού εστιάζοντας στην ιδιότητα που μας ενδιαφέρει. Για π.χ.ample, ένας απλός αντιστάτης δεν έχει μόνο αντίσταση, αλλά και επαγωγή, κ.λπ. Στην περίπτωσή μας, (ξανα)ανακαλύψαμε ότι οι επαγωγείς έχουν ένα μαγνητικό πεδίο που σχετίζεται με αυτούς και, κυρίως, ακτινοβολεί προς μια κατεύθυνση ανάλογα με τον τρόπο που το πηνίο είναι τυλιγμένο, και η κατεύθυνση της ροής του ρεύματος. Μας υπενθυμίστηκε επίσης ότι ένα «πλήρως» θωρακισμένο πηνίο δεν σημαίνει αυτό που νομίζετε ότι μπορεί. Το μαγνητικό πεδίο εξασθενεί σε μεγάλο βαθμό, αλλά κάποιοι εξακολουθούν να διαφεύγουν. Διαπιστώσαμε ότι η απόδοση του ρυθμιστή θα μπορούσε να βελτιωθεί μαζικά εάν ο επαγωγέας είναι «η σωστή κατεύθυνση».
Αποδεικνύεται ότι το μαγνητικό πεδίο που εκπέμπεται από έναν επαγωγέα «λάθος» παρεμβαίνει στον πυκνωτή εξόδου του ρυθμιστή (C7), ο οποίος με τη σειρά του αναστατώνει το κύκλωμα ελέγχου εντός του RP2350. Με τον επαγωγέα στον σωστό προσανατολισμό και τις ακριβείς επιλογές διάταξης και εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται εδώ, τότε αυτό το πρόβλημα εξαφανίζεται. Αναμφίβολα θα υπάρχουν άλλες διατάξεις, εξαρτήματα, κ.λπ., που θα μπορούσαν να λειτουργήσουν με έναν επαγωγέα σε οποιονδήποτε προσανατολισμό, αλλά πιθανότατα θα χρησιμοποιούν πολύ περισσότερο χώρο PCB για να το κάνουν. Παρέχουμε αυτήν τη συνιστώμενη διάταξη για να εξοικονομήσουμε στους ανθρώπους τις πολλές ώρες μηχανικής που αφιερώσαμε για την ανάπτυξη και τη βελτίωση αυτής της συμπαγούς και καλής συμπεριφοράς λύσης.
Πιο συγκεκριμένα, φτάνουμε στο σημείο να λέμε ότι εάν επιλέξετε να μην χρησιμοποιήσετε τον πρώην μαςample, τότε το κάνετε με δική σας ευθύνη. Όπως ακριβώς κάνουμε ήδη με το RP2040 και το κύκλωμα κρυστάλλου, όπου επιμένουμε (καλά, προτείνουμε έντονα) να χρησιμοποιήσετε ένα συγκεκριμένο εξάρτημα (θα το κάνουμε ξανά στην ενότητα κρυστάλλων αυτού του εγγράφου).
Η κατευθυντικότητα αυτών των μικρών επαγωγέων σχεδόν γενικά αγνοείται, με τον προσανατολισμό της περιέλιξης του πηνίου να είναι αδύνατο να συναχθεί, και επίσης να κατανέμεται τυχαία κατά μήκος ενός κυλίνδρου εξαρτημάτων. Μεγαλύτερα μεγέθη θήκης επαγωγών μπορεί συχνά να βρεθούν ότι έχουν σημάδια πολικότητας, ωστόσο δεν βρήκαμε κατάλληλα στο μέγεθος θήκης 0806 (μετρικό 2016) που επιλέξαμε. Για το σκοπό αυτό, έχουμε εργαστεί με την Abracon για να δημιουργήσουμε ένα εξάρτημα 3.3μH με μια κουκκίδα για να υποδηλώνει την πολικότητα, και το σημαντικότερο, να έρθουμε σε έναν κύλινδρο με όλα να είναι ευθυγραμμισμένα με τον ίδιο τρόπο. Τα TBD είναι (ή θα είναι πολύ σύντομα) διαθέσιμα στο ευρύ κοινό από τους διανομείς. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η παροχή VREG_AVDD είναι πολύ ευαίσθητη στο θόρυβο και επομένως πρέπει να φιλτράρεται. Διαπιστώσαμε ότι καθώς το VREG_AVDD αντλεί μόνο περίπου 200μA, ένα φίλτρο RC των 33Ω και 4.7μF είναι επαρκές.
Έτσι, για να ανακεφαλαιώσουμε, τα εξαρτήματα που θα χρησιμοποιηθούν θα είναι…
- C6, C7 & C9 – 4.7μF (0402, 1005 μέτρηση)
- L1 – Abracon TBD (0806, μέτρηση 2016)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 μετρική)
Το φύλλο δεδομένων RP2350 περιλαμβάνει μια πιο λεπτομερή συζήτηση σχετικά με τις συστάσεις διάταξης ρυθμιστή, ανατρέξτε στην ενότητα Εξωτερικά εξαρτήματα και απαιτήσεις διάταξης PCB.

Παροχή εισόδου

Η σύνδεση τροφοδοσίας εισόδου για αυτόν τον σχεδιασμό γίνεται μέσω της ακίδας VBUS 5V μιας υποδοχής Micro-USB (με την ένδειξη J1 στην Εικόνα 5). Αυτή είναι μια συνηθισμένη μέθοδος τροφοδοσίας ηλεκτρονικών συσκευών και έχει νόημα εδώ, καθώς το RP2350 διαθέτει λειτουργία USB, την οποία θα συνδέσουμε στις ακίδες δεδομένων αυτής της υποδοχής. Καθώς χρειαζόμαστε μόνο 3.3 V για αυτό το σχέδιο (η τροφοδοσία 1.1 V προέρχεται από την εσωτερική), πρέπει να χαμηλώσουμε την εισερχόμενη τροφοδοσία USB 5 V, σε αυτήν την περίπτωση, χρησιμοποιώντας μια άλλη, εξωτερική έντασηtagρυθμιστής, σε αυτήν την περίπτωση ένας γραμμικός ρυθμιστής (γνωστός και ως ρυθμιστής Low Drop Out, ή LDO). Έχοντας εξυμνήσει προηγουμένως τις αρετές της χρήσης ενός αποτελεσματικού ρυθμιστή μεταγωγής, θα μπορούσε επίσης να είναι μια σοφή επιλογή να χρησιμοποιήσω έναν και εδώ, αλλά επέλεξα την απλότητα. Πρώτον, η χρήση ενός LDO είναι σχεδόν πάντα ευκολότερη. Δεν απαιτούνται υπολογισμοί για να καταλάβετε ποιο μέγεθος πηνίου πρέπει να χρησιμοποιήσετε ή πόσο μεγάλοι είναι οι πυκνωτές εξόδου και η διάταξη είναι συνήθως πολύ πιο απλή. Δεύτερον, η εξοικονόμηση κάθε τελευταίας σταγόνας εξουσίας δεν είναι ο στόχος εδώ. αν ήταν, θα σκεφτόμουν σοβαρά να χρησιμοποιήσω έναν ρυθμιστή μεταγωγής και μπορείτε να βρείτε έναν πρώηνampΤο να το κάνω στο Raspberry Pi Pico 2. Και τρίτον, μπορώ απλώς να «δανειστώ» το κύκλωμα που χρησιμοποιούσα προηγουμένως στην έκδοση RP2040 της πλακέτας Minimal. Το NCP1117 (U2) που επιλέγεται εδώ έχει σταθερή έξοδο 3.3 V, είναι ευρέως διαθέσιμο και μπορεί να παρέχει ρεύμα έως και 1 Α, το οποίο θα είναι αρκετό για τα περισσότερα σχέδια. Μια ματιά στο φύλλο δεδομένων για το NCP1117 μας λέει ότι αυτή η συσκευή απαιτεί έναν πυκνωτή 10μF στην είσοδο και έναν άλλο στην έξοδο (C1 και C5).

Πυκνωτές αποσύνδεσης

Εικόνα 6. Σχηματική ενότητα που δείχνει τις εισόδους τροφοδοτικού RP2350, τομtage ρυθμιστής και πυκνωτές αποσύνδεσης

Μια άλλη πτυχή του σχεδιασμού του τροφοδοτικού είναι οι πυκνωτές αποσύνδεσης που απαιτούνται για το RP2350. Αυτά παρέχουν δύο βασικές λειτουργίες. Πρώτον, φιλτράρουν τον θόρυβο από την παροχή ρεύματος και, δεύτερον, παρέχουν μια τοπική παροχή φόρτισης που μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα κυκλώματα μέσα στο RP2350 σε σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτό αποτρέπει τον τόμtagΤο επίπεδο e σε άμεση γειτνίαση από πτώση υπερβολικά όταν η τρέχουσα ζήτηση αυξάνεται ξαφνικά. Επειδή, για αυτό, είναι σημαντικό να τοποθετήσετε την αποσύνδεση κοντά στους ακροδέκτες τροφοδοσίας. Συνήθως, συνιστούμε τη χρήση ενός πυκνωτή 100nF ανά ακίδα τροφοδοσίας, ωστόσο, παρεκκλίνουμε από αυτόν τον κανόνα σε μερικές περιπτώσεις.

Εικόνα 7. Τμήμα διάταξης που δείχνει τη δρομολόγηση και την αποσύνδεση του RP2350

Πρώτον, για να μπορέσουμε να έχουμε αρκετό χώρο ώστε όλοι οι ακροδέκτες του τσιπ να μπορούν να δρομολογηθούν έξω, μακριά από τη συσκευή, πρέπει να συμβιβαζόμαστε με την ποσότητα των πυκνωτών αποσύνδεσης που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε. Σε αυτό το σχέδιο, οι ακίδες 53 και 54 του RP2350A (ακίδες 68 και 69 του RP2350B) μοιράζονται έναν μόνο πυκνωτή (C12 στο Σχήμα 7 και στο Σχήμα 6), καθώς δεν υπάρχει πολύς χώρος σε αυτήν την πλευρά της συσκευής και τα εξαρτήματα και η διάταξη του ρυθμιστή έχουν προτεραιότητα.
Αυτή η έλλειψη χώρου θα μπορούσε κάπως να ξεπεραστεί εάν χρησιμοποιούσαμε πιο περίπλοκη/ακριβή τεχνολογία, όπως μικρότερα εξαρτήματα ή ένα PCB τεσσάρων στρώσεων με εξαρτήματα τόσο στην επάνω όσο και στην κάτω πλευρά. Αυτό είναι μια συμφωνία σχεδιασμού. Έχουμε μειώσει την πολυπλοκότητα και το κόστος, σε βάρος της ύπαρξης μικρότερης χωρητικότητας αποσύνδεσης και πυκνωτών που είναι λίγο πιο μακριά από το τσιπ από το βέλτιστο (αυτό αυξάνει την επαγωγή). Αυτό θα μπορούσε να έχει ως αποτέλεσμα τον περιορισμό της μέγιστης ταχύτητας στην οποία θα μπορούσε να λειτουργήσει ο σχεδιασμός, όπως το voltagΗ παροχή θα μπορούσε να γίνει πολύ θορυβώδης και να πέσει κάτω από την ελάχιστη επιτρεπόμενη έντασηtagμι; αλλά για τις περισσότερες εφαρμογές, αυτή η αντιστάθμιση θα πρέπει να είναι αποδεκτή.

Η άλλη απόκλιση από τον κανόνα των 100nF είναι ότι μπορούμε να βελτιώσουμε περαιτέρω το voltagαπόδοση του ρυθμιστή. Συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα 4.7μF για το C10, το οποίο είναι τοποθετημένο στην άλλη πλευρά του τσιπ από τον ρυθμιστή.

Κεφάλαιο 3. Flash Memory

Πρωτεύον φλας

Εικόνα 8. Σχηματική ενότητα που δείχνει την κύρια μνήμη flash και το κύκλωμα USB_BOOT

Για να μπορέσουμε να αποθηκεύσουμε τον κώδικα προγράμματος από τον οποίο μπορεί να εκκινήσει και να εκτελεστεί το RP2350, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε μια μνήμη flash, συγκεκριμένα, μια τετραπλή μνήμη flash SPI. Η συσκευή που επιλέγεται εδώ είναι μια συσκευή W25Q128JVS (U3 στην Εικόνα 8), η οποία είναι ένα τσιπ 128Mbit (16MB). Αυτό είναι το μεγαλύτερο μέγεθος μνήμης που μπορεί να υποστηρίξει το RP2350. Εάν η συγκεκριμένη εφαρμογή σας δεν χρειάζεται τόσο πολύ χώρο αποθήκευσης, τότε θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί μια μικρότερη, φθηνότερη μνήμη.
Καθώς αυτός ο δίαυλος δεδομένων μπορεί να είναι αρκετά υψηλής συχνότητας και χρησιμοποιείται τακτικά, οι ακροδέκτες QSPI του RP2350 θα πρέπει να συνδεθούν απευθείας στο φλας, χρησιμοποιώντας σύντομες συνδέσεις για να διατηρηθεί η ακεραιότητα του σήματος και για να μειωθεί επίσης η αλληλεπίδραση στα γύρω κυκλώματα. Το Crosstalk είναι όπου τα σήματα σε ένα δίκτυο κυκλώματος μπορούν να προκαλέσουν ανεπιθύμητη έντασηtagσε ένα γειτονικό κύκλωμα, προκαλώντας πιθανώς σφάλματα.

Το σήμα QSPI_SS είναι μια ειδική περίπτωση. Συνδέεται απευθείας με το φλας, αλλά έχει και δύο αντιστάσεις (καλά, τέσσερις, αλλά θα μιλήσω αργότερα) σε αυτό. Το πρώτο (R1) είναι ένα pull-up στην παροχή 3.3V. Η μνήμη flash απαιτεί η είσοδος επιλογής chip να είναι στον ίδιο όγκοtage ως δικό της ακροδέκτη τροφοδοσίας 3.3V καθώς η συσκευή τροφοδοτείται, διαφορετικά δεν λειτουργεί σωστά. Όταν το RP2350 είναι ενεργοποιημένο, η ακίδα QSPI_SS του θα ενεργοποιηθεί αυτόματα από προεπιλογή, αλλά υπάρχει ένα σύντομο χρονικό διάστημα κατά την ενεργοποίηση όπου δεν είναι εγγυημένη η κατάσταση του ακροδέκτη QSPI_SS. Η προσθήκη μιας αντίστασης έλξης διασφαλίζει ότι αυτή η απαίτηση θα ικανοποιείται πάντα. Το R1 επισημαίνεται ως DNF (Do Not Fit) στο σχηματικό, καθώς έχουμε διαπιστώσει ότι με τη συγκεκριμένη συσκευή flash, το εξωτερικό pull-up δεν είναι απαραίτητο. Ωστόσο, εάν χρησιμοποιείται διαφορετικό φλας, μπορεί να είναι σημαντικό να μπορείτε να εισάγετε μια αντίσταση 10 kΩ εδώ, επομένως έχει συμπεριληφθεί για κάθε περίπτωση.
Η δεύτερη αντίσταση (R6) είναι μια αντίσταση 1 kΩ, συνδεδεμένη με ένα κουμπί (SW1) με την ένδειξη «USB_BOOT». Αυτό συμβαίνει επειδή η καρφίτσα QSPI_SS χρησιμοποιείται ως 'ιμάντας εκκίνησης'. Το RP2350 ελέγχει την τιμή αυτής της εισόδου/εξόδου κατά την ακολουθία εκκίνησης και εάν διαπιστωθεί ότι είναι λογικό 0, τότε το RP2350 επιστρέφει στη λειτουργία BOOTSEL, όπου το RP2350 παρουσιάζεται ως συσκευή μαζικής αποθήκευσης USB και ο κώδικας μπορεί να αντιγραφεί απευθείας σε αυτό. Αν απλώς πατήσουμε το κουμπί, τραβάμε την καρφίτσα QSPI_SS στη γείωση και αν στη συνέχεια γίνει επαναφορά της συσκευής (π.χ. με εναλλαγή της ακίδας RUN), το RP2350 θα επανεκκινήσει σε λειτουργία BOOTSEL αντί να επιχειρήσει να τρέξει τα περιεχόμενα του φλας. Αυτές οι αντιστάσεις, R2 και R6 (R9 και R10 επίσης), θα πρέπει να τοποθετούνται κοντά στο τσιπ φλας, ώστε να αποφεύγουμε επιπλέον μήκη χάλκινων ιχνών που θα μπορούσαν να επηρεάσουν το σήμα.
Όλα τα παραπάνω ισχύουν ειδικά για το RP2350, το οποίο δεν έχει εσωτερικό φλας. Φυσικά, οι συσκευές RP2354 διαθέτουν εσωτερικές μνήμες flash 2 MB, επομένως δεν απαιτείται εξωτερική μνήμη U3, επομένως το U3 μπορεί να αφαιρεθεί με ασφάλεια από το σχηματικό ή απλά να μείνει χωρίς συμπλήρωση. Σε οποιαδήποτε από αυτές τις περιπτώσεις, θα συνεχίσουμε να θέλουμε να διατηρήσουμε το διακόπτη USB_BOOT συνδεδεμένο στο QSPI_SS, έτσι ώστε να μπορούμε να εισέλθουμε σε λειτουργία εκκίνησης USB.

Δευτερεύον φλας ή PSRAM

Η σειρά RP235x υποστηρίζει τώρα μια δεύτερη συσκευή μνήμης που χρησιμοποιεί τις ίδιες ακίδες QSPI, με ένα GPIO που παρέχει την πρόσθετη επιλογή chip. Έτσι, εάν χρησιμοποιούμε ένα RP2354 (το οποίο έχει εσωτερικό φλας), τότε θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε το U3 ως δευτερεύον φλας ή ακόμα και να το αντικαταστήσουμε με μια συσκευή PSRAM. Για να γίνει αυτό, πρέπει να αποσυνδέσουμε το QSPI_SS από το U3 και αντ' αυτού να το συνδέσουμε σε ένα κατάλληλο GPIO. Το πλησιέστερο GPIO που μπορεί να είναι επιλογή chip (XIP_CS1n) είναι το GPIO0, επομένως αφαιρώντας τα 0Ω από το R10 και τοποθετώντας το στο R9, μπορούμε πλέον να έχουμε πρόσβαση στο U3 εκτός από το φλας στο chip. Για να εκμεταλλευτείτε πλήρωςtagε αυτού του χαρακτηριστικού, όπου διαθέτουμε δύο εξωτερικές συσκευές μνήμης έτσι ώστε τα εξαρτήματα RP2350 χωρίς φλας να μπορούν να επωφεληθούν, η μεγαλύτερη από τις δύο πλακέτες Minimal, για την RP2350B, περιλαμβάνει προαιρετικό αποτύπωμα (U4) για ένα πρόσθετο τσιπ μνήμης.

Εικόνα 9. Σχηματική ενότητα που δείχνει την προαιρετική δευτερεύουσα συσκευή μνήμης

Για να μπορέσετε να χρησιμοποιήσετε αυτήν τη συσκευή, θα πρέπει προφανώς να συμπληρωθεί , καθώς και R11 (0Ω) και R13 (10KΩ). Η προσθήκη του R11 συνδέει το GPIO0 (το σήμα XIP_CS1n) με την επιλογή chip της δεύτερης μνήμης. Το pull-up στην καρφίτσα επιλογής chip είναι οπωσδήποτε απαραίτητο αυτή τη φορά, καθώς η προεπιλεγμένη κατάσταση του GPIO0 είναι να τραβηχτεί χαμηλά κατά την ενεργοποίηση, κάτι που θα προκαλούσε βλάβη της συσκευής μας flash. Το C22 θα χρειαζόταν επίσης για την παροχή τοπικής αποσύνδεσης τροφοδοσίας για το U4.

Υποστηριζόμενα τσιπ flash
Η αρχική ακολουθία ανιχνευτή φλας, που χρησιμοποιείται από το κάτω μέρος για την εξαγωγή του δεύτερου stage από flash, χρησιμοποιεί μια εντολή σειριακής ανάγνωσης 03 ωρών, με διευθυνσιοδότηση 24-bit και σειριακό ρολόι περίπου 1MHz. Περιλαμβάνει επανειλημμένα τους τέσσερις συνδυασμούς πολικότητας ρολογιού και φάσης ρολογιού, αναζητώντας ένα έγκυρο δευτερόλεπτοtage CRC32 checksum.
Όπως το δεύτερο stagΤο e είναι στη συνέχεια ελεύθερο να διαμορφώσει την εκτέλεση επί τόπου χρησιμοποιώντας την ίδια εντολή σειριακής ανάγνωσης 03 ωρών, το RP2350 μπορεί να εκτελέσει προσωρινή εκτέλεση φλας επί τόπου με οποιοδήποτε τσιπ που υποστηρίζει σειριακή ανάγνωση 03 ωρών με διευθυνσιοδότηση 24 bit, η οποία περιλαμβάνει τις περισσότερες συσκευές flash 25 σειράς . Το SDK παρέχει ένα πρώηνample second stage για CPOL=0 CPHA=0, στο https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Για να υποστηρίξει τον προγραμματισμό flash χρησιμοποιώντας τις ρουτίνες στο κάτω μέρος , η συσκευή πρέπει επίσης να ανταποκρίνεται στις ακόλουθες εντολές:

Πρόγραμμα σελίδας 02h 256 byte
05h ανάγνωση του μητρώου κατάστασης
Κλείδωμα ενεργοποίησης εγγραφής 06 ωρών

Διαγραφή τομέα 20 ωρών 4 kB

Το RP2350 υποστηρίζει επίσης μια μεγάλη ποικιλία λειτουργιών πρόσβασης dual-SPI και QSPI. Για π.χample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S διαμορφώνει μια συσκευή της σειράς Winbond W25Q για λειτουργία συνεχούς ανάγνωσης quad-IO, όπου το RP2350 στέλνει διευθύνσεις quad-IO (χωρίς πρόθεμα εντολής) και το φλας αποκρίνεται με δεδομένα quad-IO.

Απαιτείται κάποια προσοχή με τις λειτουργίες flash XIP όπου η συσκευή flash σταματά να ανταποκρίνεται σε τυπικές σειριακές εντολές, όπως η λειτουργία συνεχούς ανάγνωσης Winbond που αναφέρθηκε παραπάνω. Αυτό μπορεί να προκαλέσει προβλήματα κατά την επαναφορά του RP2350, αλλά η συσκευή φλας δεν τίθεται σε λειτουργία, επειδή το φλας δεν θα ανταποκριθεί στη σειρά ανίχνευσης φλας του bootrom. Πριν από την έκδοση της σειριακής ανάγνωσης 03 ωρών, το bootrom εκδίδει πάντα την ακόλουθη σταθερή ακολουθία, η οποία είναι η βέλτιστη ακολουθία για τη διακοπή του XIP σε μια σειρά συσκευών flash:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (μέσω pull downs για αποφυγή διαμάχης), έκδοση ×32 ρολόγια
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (μέσω pull ups για αποφυγή διαφωνιών), έκδοση ×32 ρολόγια
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (οδηγείται low-Z, όλα τα άλλα I/O Hi-Z), έκδοση × 16 ρολόγια

Εάν η επιλεγμένη συσκευή σας δεν ανταποκρίνεται σε αυτή τη σειρά όταν βρίσκεται στη λειτουργία συνεχούς ανάγνωσης, τότε πρέπει να διατηρείται σε μια κατάσταση όπου κάθε μεταφορά έχει το πρόθεμα μιας σειριακής εντολής, διαφορετικά το RP2350 δεν θα μπορεί να ανακτήσει μετά από εσωτερική επαναφορά.
Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το QSPI, ανατρέξτε στη Διεπαφή μνήμης QSPI (QMI) στο φύλλο δεδομένων RP2350.

Κεφάλαιο 4. Ταλαντωτής κρυστάλλων

Εικόνα 10. Σχηματική ενότητα που δείχνει τον κρυσταλλικό ταλαντωτή και τους πυκνωτές φορτίου

Αυστηρά μιλώντας, το RP2350 δεν απαιτεί στην πραγματικότητα εξωτερική πηγή ρολογιού, καθώς έχει τον δικό του εσωτερικό ταλαντωτή. Ωστόσο, καθώς η συχνότητα αυτού του εσωτερικού ταλαντωτή δεν είναι καλά καθορισμένη ή ελεγχόμενη, ποικίλλει από τσιπ σε τσιπ, καθώς και με διαφορετικό όγκο τροφοδοσίαςtages και θερμοκρασίες, συνιστάται η χρήση σταθερής εξωτερικής πηγής συχνότητας. Εφαρμογές που βασίζονται σε ακριβείς συχνότητες δεν είναι δυνατές χωρίς εξωτερική πηγή συχνότητας, ενώ το USB είναι το πρώτοample.
Η παροχή μιας εξωτερικής πηγής συχνότητας μπορεί να γίνει με έναν από τους δύο τρόπους: είτε παρέχοντας μια πηγή ρολογιού με έξοδο CMOS (τετράγωνο κύμα IOVDD voltagε) στον ακροδέκτη XIN ή χρησιμοποιώντας έναν κρύσταλλο 12 MHz που συνδέεται μεταξύ τους
XIN και XOUT. Η χρήση κρυστάλλου είναι η προτιμώμενη επιλογή εδώ, καθώς είναι και τα δύο σχετικά φθηνά και πολύ ακριβή.

Ο επιλεγμένος κρύσταλλος για αυτό το σχέδιο είναι ένα ABM8-272-T3 (Y1 στο Σχήμα 10). Αυτός είναι ο ίδιος κρύσταλλος 12 MHz που χρησιμοποιείται στα Raspberry Pi Pico και Raspberry Pi Pico 2. Συνιστούμε ανεπιφύλακτα να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον κρύσταλλο μαζί με το συνοδευτικό κύκλωμα για να διασφαλίσετε ότι το ρολόι ξεκινά γρήγορα κάτω από όλες τις συνθήκες χωρίς να καταστρέφεται ο ίδιος ο κρύσταλλος. Ο κρύσταλλος έχει ανοχή συχνότητας 30 ppm, η οποία θα πρέπει να είναι αρκετά καλή για τις περισσότερες εφαρμογές. Μαζί με ανοχή συχνότητας +/-30 ppm, έχει μέγιστο ESR 50Ω και χωρητικότητα φορτίου 10 pF, τα οποία επηρεάζουν και τα δύο την επιλογή των συνοδευτικών εξαρτημάτων.
Για να ταλαντωθεί ένας κρύσταλλος στην επιθυμητή συχνότητα, ο κατασκευαστής καθορίζει την χωρητικότητα φορτίου που χρειάζεται για να το κάνει, και σε αυτήν την περίπτωση, είναι 10pF. Αυτή η χωρητικότητα φορτίου επιτυγχάνεται τοποθετώντας δύο πυκνωτές ίσης αξίας, έναν σε κάθε πλευρά του κρυστάλλου προς τη γείωση (C3 και C4). Από την πλευρά του κρυστάλλου του view, αυτοί οι πυκνωτές συνδέονται σε σειρά μεταξύ των δύο ακροδεκτών του. Η θεωρία του βασικού κυκλώματος μας λέει ότι συνδυάζονται για να δώσουν χωρητικότητα (C3*C4)/(C3+C4), και ως C3=C4, τότε είναι απλώς C3/2. Σε αυτό το πρώηνample, χρησιμοποιήσαμε πυκνωτές 15pF, οπότε ο συνδυασμός σειράς είναι 7.5pF. Εκτός από αυτή τη σκόπιμη χωρητικότητα φορτίου, πρέπει επίσης να προσθέσουμε μια τιμή για την ακούσια επιπλέον χωρητικότητα, ή την παρασιτική χωρητικότητα, που λαμβάνουμε από τις ράγες PCB και τους ακροδέκτες XIN και XOUT του RP2350. Θα υποθέσουμε μια τιμή 3pF για αυτό, και καθώς αυτή η χωρητικότητα είναι παράλληλη με τα C3 και C4, απλώς το προσθέτουμε για να μας δώσει μια συνολική χωρητικότητα φορτίου 10.5pF, η οποία είναι αρκετά κοντά στον στόχο των 10pF. Όπως μπορείτε να δείτε, η παρασιτική χωρητικότητα των ιχνών PCB είναι ένας παράγοντας, και ως εκ τούτου πρέπει να τα διατηρήσουμε μικρά, ώστε να μην αναστατώσουμε τον κρύσταλλο και να σταματήσουμε να ταλαντώνεται όπως προβλέπεται. Προσπαθήστε να διατηρήσετε τη διάταξη όσο το δυνατόν πιο σύντομη.
Η δεύτερη εκτίμηση είναι η μέγιστη ESR (ισοδύναμη αντίσταση σειράς) του κρυστάλλου. Επιλέξαμε μια συσκευή με μέγιστο 50Ω, καθώς διαπιστώσαμε ότι αυτή, μαζί με μια αντίσταση σειράς 1kΩ (R2), είναι μια καλή τιμή για να αποφευχθεί η υπερβολική οδήγηση και η καταστροφή του κρυστάλλου κατά τη χρήση IOVDD επίπεδο 3.3V. Ωστόσο, εάν το IOVDD είναι μικρότερο από 3.3 V, τότε το ρεύμα κίνησης των ακίδων XIN/XOUT μειώνεται και θα διαπιστώσετε ότι το ampΤο μέγεθος του κρυστάλλου είναι χαμηλότερο ή μπορεί να μην ταλαντώνεται καθόλου. Σε αυτήν την περίπτωση, θα χρειαστεί να χρησιμοποιηθεί μια μικρότερη τιμή της αντίστασης σειράς. Οποιαδήποτε απόκλιση από το κύκλωμα κρυστάλλου που εμφανίζεται εδώ ή με επίπεδο IOVDD διαφορετικό από 3.3 V, θα απαιτήσει εκτεταμένες δοκιμές για να διασφαλιστεί ότι ο κρύσταλλος ταλαντώνεται υπό όλες τις συνθήκες και ξεκινά αρκετά γρήγορα ώστε να μην προκαλεί προβλήματα με την εφαρμογή σας.

Συνιστώμενο κρύσταλλο

Για πρωτότυπα σχέδια που χρησιμοποιούν RP2350, συνιστούμε τη χρήση του Abracon ABM8-272-T3. Για π.χample, εκτός από το minimal design π.χample, δείτε το σχηματικό πίνακα του Pico 2 στο Παράρτημα Β του φύλλου δεδομένων Raspberry Pi Pico 2 και το σχέδιο Pico 2 files.
Για βέλτιστη απόδοση και σταθερότητα σε τυπικά εύρη θερμοκρασιών λειτουργίας, χρησιμοποιήστε το Abracon ABM8-272-T3. Μπορείτε να προμηθευτείτε το ABM8-272-T3 απευθείας από την Abracon ή από εξουσιοδοτημένο μεταπωλητή. Το Pico 2 έχει ρυθμιστεί ειδικά για το ABM8-272-T3, το οποίο έχει τις ακόλουθες προδιαγραφές:

Ακόμα κι αν χρησιμοποιείτε κρύσταλλο με παρόμοιες προδιαγραφές, θα χρειαστεί να δοκιμάσετε το κύκλωμα σε ένα εύρος θερμοκρασιών για να εξασφαλίσετε σταθερότητα.
Ο κρυσταλλικός ταλαντωτής τροφοδοτείται από το IOVDD voltagμι. Ως αποτέλεσμα, ο κρύσταλλος Abracon και το συγκεκριμένο dampΟι αντιστάσεις είναι ρυθμισμένες για λειτουργία 3.3 V. Εάν χρησιμοποιείτε διαφορετικό IO voltagε, θα χρειαστεί να συντονίσετε ξανά.
Οποιεσδήποτε αλλαγές στις παραμέτρους κρυστάλλου υπάρχει κίνδυνος αστάθειας σε όλα τα εξαρτήματα που συνδέονται στο κύκλωμα κρυστάλλου.

Εάν δεν μπορείτε να προμηθευτείτε το προτεινόμενο κρύσταλλο απευθείας από την Abracon ή από έναν μεταπωλητή, επικοινωνήστε applications@raspberrypi.com.

Κεφάλαιο 5. ΙΟ

USB
Εικόνα 11. Σχηματική ενότητα που δείχνει τις ακίδες USB του RP2350 και τον τερματισμό σειράς

Το RP2350 παρέχει δύο ακίδες που χρησιμοποιούνται για USB πλήρους ταχύτητας (FS) ή χαμηλής ταχύτητας (LS), είτε ως κεντρικός υπολογιστής είτε ως συσκευή, ανάλογα με το λογισμικό που χρησιμοποιείται. Όπως έχουμε ήδη συζητήσει, το RP2350 μπορεί επίσης να εκκινήσει ως συσκευή μαζικής αποθήκευσης USB, επομένως η καλωδίωση αυτών των ακίδων στην υποδοχή USB (J1 στην Εικόνα 5) είναι λογική. Οι ακίδες USB_DP και USB_DM στο RP2350 δεν απαιτούν πρόσθετα pull-ups ή pull-down (απαιτούνται για την ένδειξη της ταχύτητας, FS ή LS ή εάν πρόκειται για κεντρικό υπολογιστή ή συσκευή), καθώς αυτά είναι ενσωματωμένα στα I/Os. Ωστόσο, αυτά τα I/O απαιτούν αντιστάσεις τερματισμού σειράς 27Ω (R7 και R8 στο Σχήμα 11), τοποθετημένες κοντά στο τσιπ, προκειμένου να πληρούν τις προδιαγραφές σύνθετης αντίστασης USB.
Παρόλο που το RP2350 περιορίζεται στον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων πλήρους ταχύτητας (12 Mbps), θα πρέπει να προσπαθήσουμε να βεβαιωθούμε ότι η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση των γραμμών μετάδοσης (οι χάλκινες ράγες που συνδέουν το τσιπ με την υποδοχή) είναι κοντά στο
Προδιαγραφή USB 90Ω (μετράται διαφορικά). Σε μια σανίδα πάχους 1mm όπως αυτή, αν χρησιμοποιήσουμε ίχνη πλάτους 0.8mm σε USB_DP και USB_DM, με διάκενο 0.15mm μεταξύ τους, θα πρέπει να έχουμε μια διαφορική χαρακτηριστική αντίσταση περίπου 90Ω. Αυτό γίνεται για να διασφαλιστεί ότι τα σήματα μπορούν να ταξιδεύουν κατά μήκος αυτών των γραμμών μετάδοσης όσο το δυνατόν καθαρότερα, ελαχιστοποιώντας την έντασηtagαντανακλάσεις που μπορούν να μειώσουν την ακεραιότητα του σήματος. Για να λειτουργήσουν σωστά αυτές οι γραμμές μεταφοράς, πρέπει να βεβαιωθούμε ότι ακριβώς κάτω από αυτές τις γραμμές υπάρχει ένα έδαφος. Μια συμπαγής, αδιάκοπη περιοχή αλεσμένου χαλκού, που εκτείνεται σε όλο το μήκος της πίστας. Σε αυτό το σχέδιο, σχεδόν ολόκληρο το κάτω στρώμα χαλκού είναι αφιερωμένο στη γείωση και δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή για να διασφαλιστεί ότι τα ίχνη USB δεν περνούν τίποτα πέρα από τη γείωση. Εάν επιλεγεί ένα PCB πάχους μεγαλύτερου από 1 mm για την κατασκευή σας, τότε έχουμε δύο επιλογές. Θα μπορούσαμε να ανασχεδιάσουμε τις γραμμές μετάδοσης USB για να αντισταθμίσουμε τη μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ της πίστας και του εδάφους από κάτω (που θα μπορούσε να είναι φυσική αδύνατη), ή θα μπορούσαμε να το αγνοήσουμε και να ελπίζουμε για το καλύτερο. Το USB FS μπορεί να είναι αρκετά συγχωρητικό, αλλά τα χιλιόμετρα σας μπορεί να διαφέρουν. Είναι πιθανό να λειτουργήσει σε πολλές εφαρμογές, αλλά πιθανότατα δεν θα είναι συμβατό με το πρότυπο USB.

Κεφαλίδες εισόδου/εξόδου

Εικόνα 12. Σχηματική ενότητα που δείχνει τις κεφαλίδες εισόδου/εξόδου 2.54 mm της έκδοσης QFN60

Εκτός από την υποδοχή USB που ήδη αναφέρθηκε, υπάρχει ένα ζεύγος κεφαλίδων διπλής σειράς 2.54 mm (J2 και J3 στην Εικόνα 12), μία σε κάθε πλευρά της πλακέτας, στην οποία έχει συνδεθεί το υπόλοιπο I/O. Υπάρχουν 30 GPIO στο RP2350A, ενώ υπάρχουν 48 GPIO στο RP2350B, επομένως οι κεφαλίδες σε αυτήν την έκδοση της πλακέτας Minimal είναι μεγαλύτερες για να επιτρέπουν τις επιπλέον καρφίτσες (βλ. Εικόνα 13).
Καθώς πρόκειται για σχέδιο γενικού σκοπού, χωρίς ιδιαίτερη εφαρμογή στο μυαλό, τα I/O έχουν γίνει διαθέσιμα για να συνδέονται όπως επιθυμεί ο χρήστης. Η εσωτερική σειρά ακίδων σε κάθε κεφαλίδα είναι τα I/Os και η εξωτερική σειρά είναι όλες συνδεδεμένες με τη γείωση. Είναι καλή πρακτική να συμπεριλάβετε πολλές γειώσεις σε υποδοχές I/O. Αυτό βοηθά στη διατήρηση ενός εδάφους χαμηλής σύνθετης αντίστασης και επίσης στην παροχή πολλών πιθανών διαδρομών επιστροφής για ρεύματα που ταξιδεύουν προς και από το
Συνδέσεις εισόδου/εξόδου. Αυτό είναι σημαντικό για την ελαχιστοποίηση των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών που μπορεί να προκληθούν από τα ρεύματα επιστροφής των σημάτων ταχείας μεταγωγής που ακολουθούν μεγάλες διαδρομές βρόχου για να ολοκληρωθεί το κύκλωμα.

Και οι δύο κεφαλίδες βρίσκονται στο ίδιο πλέγμα 2.54 mm, γεγονός που διευκολύνει τη σύνδεση αυτής της πλακέτας με άλλα πράγματα, όπως πίνακες ψωμιού. Ίσως θελήσετε να εξετάσετε το ενδεχόμενο να τοποθετήσετε μόνο μία κεφαλίδα σειρών αντί για την κεφαλίδα διπλής σειράς, χωρίς την εξωτερική σειρά συνδέσεων γείωσης, για να είναι πιο βολική η τοποθέτηση σε ένα breadboard.

Εικόνα 13. Σχηματική ενότητα που δείχνει τις κεφαλίδες εισόδου/εξόδου 2.54 mm της έκδοσης QFN80

Σύνδεσμος εντοπισμού σφαλμάτων

Εικόνα 14. Σχηματική ενότητα που δείχνει την προαιρετική υποδοχή JST για εντοπισμό σφαλμάτων SWD

Για εντοπισμό σφαλμάτων στο chip, ίσως θέλετε να συνδεθείτε στη διεπαφή SWD του RP2350. Οι δύο ακίδες, SWD και SWCLK, είναι διαθέσιμες στην κεφαλίδα 2.54 χιλιοστών, J3, για να επιτρέπουν την εύκολη σύνδεση του ανιχνευτή εντοπισμού σφαλμάτων της επιλογής σας. Εκτός από αυτό, έχω συμπεριλάβει μια προαιρετική κεφαλίδα JST, η οποία επιτρέπει την εύκολη σύνδεση με το Raspberry Pi Debug Probe. Δεν χρειάζεται να το χρησιμοποιήσετε, οι κεφαλίδες 2.54 χιλιοστών θα αρκούν εάν σκοπεύετε να διορθώσετε το λογισμικό, αλλά θεωρώ ότι είναι πιο βολικό να το κάνετε. Έχω επιλέξει έναν οριζόντιο σύνδεσμο, κυρίως επειδή μου αρέσει η εμφάνισή του, ακόμα κι αν δεν είναι στην άκρη της πλακέτας, αλλά είναι διαθέσιμοι κάθετοι, αν και με ελαφρώς διαφορετικό αποτύπωμα.

Κουμπιά
Το Minimal design περιέχει πλέον όχι ένα, αλλά δύο κουμπιά, όπου η έκδοση RP240 δεν είχε κανένα. Το ένα είναι για την επιλογή εκκίνησης USB, όπως έχουμε συζητήσει προηγουμένως, αλλά το δεύτερο είναι ένα κουμπί 'επαναφοράς', συνδεδεμένο με τον ακροδέκτη RUN. Κανένα από αυτά δεν είναι απολύτως απαραίτητο (αν και το κουμπί BOOTSEL θα έπρεπε να αντικατασταθεί με μια κεφαλίδα ή κάτι παρόμοιο εάν απαιτείται λειτουργία εκκίνησης USB) και μπορεί να αφαιρεθεί εάν ο χώρος ή το κόστος είναι ανησυχητικό, αλλά σίγουρα κάνουν τη χρήση του RP2350 μακριά πιο ευχάριστη εμπειρία.

Παράρτημα Α: Πλήρης Σχηματική έκδοση -RP2350A

Εικόνα 15. Πλήρης σχηματική απεικόνιση του Minimal Design για το RP2350A

Παράρτημα Β: Πλήρης Σχηματική έκδοση -RP2350B

Εικόνα 16. Πλήρης σχηματική απεικόνιση της ελάχιστης σχεδίασης για το RP2350B

Παράρτημα Η: Ιστορικό Έκδοσης Τεκμηρίωσης

8 Αυγούστου 2024
Αρχική έκδοση.

i Raspberry Pi
Το Raspberry Pi είναι εμπορικό σήμα της Raspberry Pi Ltd
Raspberry Pi Ltd

Έγγραφα / Πόροι

Μικροελεγκτής Raspberry Pi SC1631 Raspberry [pdf] Εγχειρίδιο οδηγιών
SC1631 Raspberry Microcontroller, SC1631, Raspberry Microcontroller, Microcontroller

Αναφορές

Εγχειρίδιο χρήστη

Μικροελεγκτής Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Οδηγίες χρήσης προϊόντος